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饮用水处理

高硬度饮用水阻垢处理

发布日期:2016-03-21 |
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简介

        硬度是水的一个化学参数,表示水中钙和镁离子的浓度。硬水的一个特性是产生水垢,水垢主要是钙盐和镁盐组成。 硬度一般用等量的碳酸钙来表示,单位是grains/加仑或者百万分之(ppm) 。
水的硬度分级


 
       结垢,主要是碳酸钙的结晶 
       盐浓度可以升到饱和浓度以上,从而引起盐结晶的沉淀:
Ca(HCO3)2→ CaCO3 ↓+ CO2↑ + H2O

        碳酸钙在过饱和状态下结晶沉积在热交换器、热水壶、热水管道等上面。
        水的结垢倾向可以通过计算朗格里尔饱和指数(LSI)来预测。
        LSI是一个计算数值,用来预测水中碳酸钙的稳定性:沉淀、溶解或者维持平衡。 
       方法之一是计算该条件下饱和碳酸钙溶液的pH值,这个pH值称作饱和pH或者pHS。 LSI就等于实际pH值和饱和pHs值的差,LSI = pH – pHS。
       如果实际pH低于pHS, LSI为负,则水的结垢倾向很弱,但是腐蚀倾向增强。如果实际pH大于pHS, 则LSI为正,因为水中含有过饱和的CaCO3, 结垢倾向加剧。LSI正数值越高,结垢危险越高。
         计算LSI, 我们必须知道
        1.碱度 (mg/LCaCO3计) 
        2.碳酸钙硬度(mg/L Ca+2  CaCO3计) 
        3.总溶解固体(mg/L TDS) 
        4.实际pH 
        5.水温度(°C)

        Ca离子浓度、TDS和碱度越高,结垢的倾向越强。温度越高,结垢的倾向越高。
        水垢会造成生产破坏
        (1)水垢是隔热的,会降低热交换系数:1 mm厚的水垢降低热交换效率高达45%。设计师通常将制冷能力增加5~20%的余量,来补偿  结垢带来的热交换损失。这样会增加额外的能量消耗。
       (2)同时1 mm厚的水垢能够增加额外7.5%的能耗,1.5 mm厚增加15%,7 mm厚增加能耗超过70%。
       (3)堵塞热交换器、冷冻机、泵、管道和阀门:从而增加水的压力、减少水的流量、导致泄漏、甚至造成彻底的不可挽回的损坏。
       (4)水垢给微生物提供保护,给微生物提供繁殖的温床。水垢导致生物污染和垢下腐蚀。

        适当的硬度是健康需要
        健康的水是含有一定硬度的。钙镁形成的盐类都属于难溶盐,而水中的钙镁离子由于是天然的,溶解状态的,更容易被人体吸收。
        硬水中的钙镁能够降低心脏受冲击的危险,较高含量的硬度和总含盐量可以保护我们免受潜在有害物质的危害。
        硬水抑制住了有害成分(比如重金属铅、铬以及氯、氟),因而降低了人体对它们的吸收。或者硬水中的矿物质提供了阻止毒物发挥有害作用所需要的营养物质,有利于降低心脏病和癌症的死亡率。喝水(自来水)一天摄入的钙大约重200mg,占人体每天需钙量的1/3,是人体摄入钙素的重要途径之一。(Healthy Water,(美)Martin Fox博士著)

        除垢方法之一:软水器
        当水流经含有过饱和的Na或者K离子的树脂床的时候,硬度矿物质(Ca和Mg)将配属到树脂颗粒上,同时Na或者K离子就会释放到水中。当树脂吸附的Ca和Mg饱和之后,树脂必须再生。再生是用含有的Na或者K浓盐水流经树脂床,Na或者K置换出配属到树脂上的Ca和Mg离子,产生再生的废水排放掉。

        离子交换的优势:
        通过选择性的去除Ca和Mg来使水软化。

        离子交换的缺点:
        1.再生离子交换树脂产生的盐水排放到环境之中,造成污染。 
        2. 软化效率取决于流速、温度和硬度、盐的装载系数、再生盐水的浓度,不易掌握。 
        3. 增加的Na离子浓度会影响口感,而且对人类的某些心脏问题不利或者对需要低Na食谱的人不利。 
        4.阳离子交换树脂(软水器用树脂为阳离子交换树脂)没有减少阴离子浓度(例如硝酸根)和微生物水平(比如细菌、病毒、孢囊),也没有降低大部分有机化合物的含量。 
        5. 一般情况下,每再生一个立方的树脂后,大约需要100升的水,才能将置换下来的硬度和多余的盐清洗干净。
除垢方法之二:电解阻垢(SCP)
 
        SCP技术是基于这样的科学研究,该研究表明掺杂了痕量的普通金属离子,能够延迟CaCO3沉淀的时间,而且诱导CaCO3形成没有附着力的是霰(xian)石结晶,而不是正常情况下形成的附着力强的方解石结晶。这项技术的副产物是在阴极表面发生了降低余氯含量的化学反应。
 
        该系统对健康是安全的,不会影响水质和水的口感,也无需向水中加入任何化学药剂。SCP特制电极在微电脑控制的直流电流的作用下逐渐释放到水中,生成痕量的氢氧化物(Al(OH)3、Mg(OH)2、Zn(OH)2),氢氧化物在热水罐体内表面、冷水镀锌管及铜质管道的内表面形成一层薄薄的均匀保护膜,从而防止腐蚀和结垢。该系统能够用于任何温度以及各种各样的常见水质条件下。

        除垢方法之三:电解除垢(EST)
        当电流加到电极上之后,电解预除垢系统(EST)内就会发生下列反应: 
        (1)在阴极反应室内壁附近形成一个碱性环境(pH > 9.5),内壁在系统中充当阴极。邻近反应室壁的扩散层,扰乱了水垢的化学平衡,形成碳酸钙从水中析出,附着在内壁上。水中高达30%的水垢预先析出、去除。同时阴极的电流导致溶解的重金属离子形成氧化物沉淀,沉到反应室底部。同时,这种强碱性环境不允许任何微生物存活(包括军团菌)。但是,整个系统中的pH值不会改变,即EST反应室进出口的pH值是相等的。
        (2) 在阳极附近,高达30%的氯离子(天然水体中普遍存在的)转变成游离氯或者次氯酸(OCl-)。游离氯的含量是可以控制的,一般在0.2到2ppm之间变化。这样的含量在保证足够的消毒效果的同时,不会给水系统带来任何腐蚀的危险。
        (3) 在阳极附近同时生成氧自由基、臭氧和双氧水,这些物质进一步强化了在反应室内和整个水系统的消毒效果。

         除垢方法之四:膜技术 
         反渗透膜或者电渗析是用一种选择性半透膜在一定驱动力作用下(电场或者压力),让水自由通过膜,而盐不能通过,尤其是二价盐,如钙镁离子通过的比例很低。这样,透过的水中的钙镁离子就会降到软水或者轻微硬水的范围,从而达到除垢的目的。由于膜都是用高分子有机物制作而成,膜的应用条件比较苛刻,而且比较容易损坏,比如膜表面的结垢、微生物污染等。

        膜技术在工业生产中制取锅炉补给水、电子和医药行业生产超纯水、海水淡化等方面是一个经济有效的方法。但是,由于膜技术去除的是包括钙镁在内的绝大多数矿物质离子,其出水是不适宜直接饮用的。而且其投资和运行成本较高,目前主要应用在特殊场合。
综上所述,饮用水除垢或者阻垢,目前市场上最安全的方法是电解预结垢或者电解阻垢。锅炉补给水根据锅炉不同的等级需要使用离子交换树脂软化或者膜技术脱盐,或者多种技术组合使用。冷却水、洗浴水、洗衣房用水、清洗用水、巴氏杀菌用水等方面,由于不要求硬度完全去除,同时考虑到无离子水和软化水的腐蚀性,电解除垢或阻垢也是比较安全经济的方法。

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